Медична радіологія - Лазар А.П. 2008

Методи променевої діагностики
Рентгенівське (Х-променеве) дослідження

В спектрі електромагнітних коливань, залежно від довжини хвилі, рентгенівське проміння знаходиться між ультрафіолетовим та гамма- промінням (мал.1):

✵ радіохвилі: 1 мм - 10 000 м

✵ інфрачервоне проміння: 0,76 мкм - 1 мм

✵ видиме світло: 0,38 мкм - 0,76 мкм

✵ ультрафіолетове проміння: 2 нм - 400 нм

✵ рентгенівське (Х-) проміння: 0,003 нм - 2 нм

✵ гамма-проміння: 510^-13 м - 0,17 нм.

Діапазони гамма- та рентгенівського випромінювання перекривають один одне, і різниця між ними полягає лише в способах одержання такого проміння. Гамма-проміння утворюється при розпаді радіоактивних елементів, а Х-проміння отримують за допомогою рентгенівської трубки.

Рентгенівські апарати, що використовуються для діагностичних цілей, називаються рентгенодіагностичними, а для Лікування - рентгенотерапевтичними. Основною частиною цих апаратів є рентгенівська трубка, інші частини являють собою допоміжне устаткування. До допоміжного устаткування рентгенодіагностичного апарату належать: штатив, приймач рентгенівського випромінювання (флуоресціюючий екран або касета з плівкою), перетворювачі струму (трансформатори), реостати, пульт керування, кабелі для з’єднання рентгенівської трубки з трансформаторами та пультом керування тощо (мал. 2).

Рентгенівська трубка є генератором рентгенівського проміння. Вона розміщена всередині захисного металічного кожуха. Трубка являє собою герметичний скляний балон з глибоким вакуумом. Всередині балону є два електроди - катод і анод (мал.3). Катод являє собою спіралеподібну вольфрамову нитку завдовжки близько 10-15 мм. Анодом служить масивний мідний стрижень зі скошеною під кутом 45⁰ або 70⁰ поверхнею, що вкрита вольфрамовою пластинкою - дзеркалом аноду.

Мал. 2. Будова рентгенодіагностичного апарату.

1 - пульт керування; 2 - флюоресціюючий екран; 3 - штатив; 4 - рентгенівська трубка; 5 - трансформатор.

Мал. 3. Будова рентгенівської трубки.

1 - катод; 2 - спіраль катоду; 3 - дзеркало аноду; 4 - анод; 5 - вакуум; 6 - діафрагма; 7 - рентгенівське випромінювання.

Підведення електричного струму низької напруги (4-15 вольт) до спіралі катоду призводить до її розжарювання і утворення навколо неї хмарки вільних електронів. Подача струму з високою напругою (40150кВ) до обох електродів трубки змушує електрони рухатись до анода з великою швидкістю (до 200000 км/с). Взаємодія потоку електронів з металом аноду призводить до утворення електромагнітного рентгенівського випромінювання внаслідок швидкого гальмування потоку електронів атомами речовини (гальмівне випромінювання) та переходу частини електронів атомів речовини з високого на низький енергетичний рівень (характеристичне випромінювання). Гальмівне випромінювання має безперервний спектр, а характеристичне - дискретний спектр, характерний для кожної окремої речовини. Близько 1% кінетичної енергії потоку електронів перетворюється в енергію рентгенівського проміння, а решта - в тепло. Для відведення тепла від аноду використовують повітря або трансформаторне масло, яким залитий металічний кожух рентгенівської трубки. Крім того, для зменшення термічного навантаження на вольфрамове дзеркало анод часто виготовляється у вигляді диску з однією скошеною поверхнею, що обертається за допомогою електромотору.

Місце на дзеркалі аноду, на яке попадають електрони, називається фокусом трубки. Чим менший фокус трубки, тим чіткіше можна отримати зображення досліджуваного об’єкта, проте водночас анод більше нагрівається і трубка має меншу допустиму потужність, яку вимірюють у кіловатах за 0,1 с. Залежно від величини фокусу та допустимої потужності виділяють рентгенодіагностичні трубки з великим фокусом розміром 2x2 мм і потужністю 50-100 кВт, малим фокусом розміром 1x1 мм і потужністю 20-40 кВт, мікрофокусом розміром 0,3x0,3 мм і потужністю до 20 кВт.

Мал. 4. Стаціонарний рентгенодіагностичний апарат фірми Philips Medical Systems.

Зміна сили струму, що подається на нить накалу катоду, пропорційно змінює кількість електронів, що прямують до анода, а отже і інтенсивність рентгенівського випромінення. Зміна напруги між катодом та анодом призводить до зміни швидкості руху електронів до анода, що змінює довжину хвилі рентгенівського проміння. Збільшення напруги зменшує довжину хвилі випромінення і робить його більш жорстким, що дозволяє використовувати його для дослідження товстіших об’єктів.

Підвищуючий трансформатор збільшує напругу від 220 В електричного струму міської мережі до високої напруги у 40-150 кВ, що подається на електроди рентгенівської трубки. Підвищуючий трансформатор знаходиться у металевому баку і залитий трансформаторним маслом, яке запобігає його перегріванню і виконує роль ізолятора. Знижуючий трансформатор служить для рожарювання спіралі катоду рентгенівської трубки.

Для випрямлення змінного струму високої напруги у малопульсуючий струм використовують напівпровідники - кремнієві діоди. Найефективнішими схемами випрямлення струму є трифазні схеми - шестинапівперіодна та дванадцятинапівперіодна, що дозволяє отримувати майже постійний струм.

Усі рентгенодіагностичні апарати поділяють на стаціонарні, пересувні та переносні. Стаціонарні апарати мають великі розміри і встановлюються в спеціально обладнаних кабінетах (мал. 4). Пересувні (палатні) апарати менш потужні, мають порівняно невеликі розміри та вагу; вони монтуються на площадках з коліщатами і їх може переміщувати одна людина. Переносні рентгенодіагностичні апарати компактно розміщені в чемоданах і їх може переносити одна людина. Пересувні та переносні апарати не мають випрямлячів, роль яких виконує сама рентгенівська трубка, що працює як однопівперіодний випрямляч.

Штатив стаціонарного рентгенодіагностичного апарата виконує роль опори для хворого при дослідженні його у вертикальному, похилому та горизонтальному положеннях. Рама штатива зроблена з матеріалу, що не затримує рентгенівське проміння і переміщується під різними кутами електромотором, вмонтованим у станині штатива. Рентгенівська трубка та приймач рентгенівського випромінювання укріплені на штативі. Приймачем може бути касета з рентгенівською плівкою або флюоресціюючий екран.

Флюоресціюючий екран являє собою лист картону, розміром 30x40 або 35x35 см, на який нанесено шар солі, що флюоресціює під дією рентгенівського проміння, - сульфід цинку, сульфід кадмію та ін. Екран знаходиться у металевій рамці і з боку лікаря закритий свинцевим склом.

Пульт керування призначений для регулювання напруги та сили струму рентгенівської трубки, часу ввімкнення струму високої напруги, захисту трубки від перевантажень. Пульт має вольтметр, амперметр, Реле часу експозиції, реостат для регулювання силу струму, що надходить на катод рентгенівської трубки, а також ручки керування режимами апарата, що перемикають його у режим просвічування і рентгенографії.

Металічний кожух рентгенівської трубки має вікно, через яке виходить пучок променів. До вікна прикріплений коліматор - свинцева діафрагма, що складається з чотирьох стулок, які можуть рухатись назустріч одна одній і обмежувати рентгенівський пучок. Зменшенням розтвору діафрагми можна досягти зменшення площі досліджуваної частини тіла, променевого навантаження на хворого, а також збільшення чіткості зображення.

Для зменшення променевого навантаження на хворого рентгенівське проміння фільтрують через алюмінієві фільтри. Такі фільтри затримують так зване м ’ яке проміння - довгохвильову частину спектру рентгенівського випромінювання, яке б без фільтру не досягнуло екрана і затрималось у тілі пацієнта. Товщину фільтра встановлюють, враховуючи затримку випромінювання склом рентгенівської трубки та трансформаторним маслом; їх сумарне поглинання повинно бути еквівалентним 3 мм алюмінію.

Променеве навантаження на хворого і лікаря-рентгенолога знижують також за допомогою захисних екрануючих засобів, які поділяються на стаціонарні (стіни, двері, перекриття стелі), пересувні (ширми, листи з просвинцьованої гуми), та індивідуальні (фартухи, рукавички). Для зниження дози опромінення застосовують підсилення яскравості зображення на екрані за допомогою електронно-оптичного перетворювача (ЕОП), в якому світлове зображення з флуюресціюючого екрана за рахунок фотоефекту перетворюється в електронне, посилюється у тисячі разів, потім на металізованому сприймаючому екрані перетворюється знову в світлове. За допомогою телевізійної камери таке підсилене зображення можна передавати на монітор, розміщений за межами процедурного кабінету (мал. 5, 6).

Мал. 5. Флюороскопічне дослідження. Стрілка вказує на телевізійний монітор.

Рентгенографію виконують на рентгенівській плівці розміром 13x18, 18x24, 24x30 або 30x40 см, розміщеній в касеті між двома підсилюючими екранами. Основою рентгенівської плівки є нітроцелюлозний аркуш, вкритий з обох боків фотоемульсійним шаром з желатини та галогенату (броміду чи хлоріду) срібла.

Підсилюючі (флюоресцентні) екрани зроблені з листа поліефірного пластику, вкритого шаром люмінофору (вольфрамат кальцію). Вольфрамат кальцію світиться під впливом рентгенівського випромінювання і додатково засвічує рентгенівську плівку в місці падіння променя. Два підсилюючих екрани підвищують чутливість до рентгенівського проміння, проте різкість зображення знижується. Тому у випадках, коли необхідна висока чіткість зображення, наприклад при мамографії, застосовують тільки один підсилюючий екран.

Для збільшення чіткості зображення перед касетою розміщують відсіювальну решітку, яка побудована з низки близько розташованих свинцевих пластинок. пластинки орієнтовані за ходом пучка рентгенівського проміння і затримують розсіяне проміння від досліджуваного об’єкта, що відхиляється під кутом від основного ходу пучка проміння (мал. 7). Для того, щоби решітка не давала тіньового зображення, вона під час рентгенографії рухається.

Під дією рентгенівського опромінення у фотоемульсійному шарі плівки відбувається часткове відновлення галоїдних сполук срібла. У проявнику опромінені мікрокристали галоїду срібла відновлюються до металевого срібла значно швидше, ніж неопромінені. В місці, де крізь об’єкт пройшло багато проміння, більша кількість галогенату срібла розкладається, відновлюється у проявнику до металевого срібла, і рентгенівська плівка в цьому місці чорніє. А там, де об’єкт затримує більше проміння і його мало попадає на плівку, утворюється менше вільного срібла, і ці місця на плівці залишаються більш прозорими.

Після проявлення у фотоемульсії плівки залишається невелика кількість нерозкладеного галогенату срібла, тому після проявлення плівку вміщують у фіксаж (закріплювач), де срібло хімічно сполучається з розчином фіксажу. Після фіксування плівка стає нечутливою до світла, її відмивають від залишкової солі у проточній воді протягом 30 хв та сушать у спеціальних шафах підігрітим потоком повітря.

Мал. 6. Схема рентгеноскопічного дослідження.

1 - рентгенівська трубка; 2 - досліджуваний об’єкт; 3 - електронно-оптичний перетворювач; 4 - телекамера; 5 - телевізор.

В якості проявних речовин в рентгенологічній практиці використовують метол і гідрохінон, до яких додають різні корегуючі речовини, що створюють лужне середовище, охороняють проявник від окислення, запобігають виникненню вуалі тощо. Як закріпляюча речовина використовується гіпосульфіт натрію. Рецепт проявника та закріплювача завжди позначається на коробці рентгенівської плівки. Останнім часом рентгензнімки автоматично обробляють в спеціальних проявних машинах, де підтримується стала Температура розчинів і плівка швидко проходить всі етапи обробки.

Рентгенодіагностичний кабінет складається з: 1) процедурної, в якій проводять рентгенівське дослідження і може розміщуватись високовольтна апаратура; 2) пультової, де знаходиться пульт керування; 3) фотолабораторії, де обробляються рентгенплівки; 4) кімнати для лікаря. Інколи високовольтні трансформатори та кабелі знаходяться в окремій кімнаті - апаратній.

Тканини, органи й середовища організму людини мають різну щільність, складаються з сполук, елементи яких мають різну атомну вагу, тому випромінювання проходить крізь них у неоднаковій мірі і залишає на рентгенівській плівці тіньове зображення, яке є негативним. Під час рентгеноскопії на флюороскопічному екрані отримують позитивне зображення об’єкта. Рентгенологічне дослідження різних відділів тіла хворого роблять за різних технічних умов - певних силі струму на катоді трубки, напрузі між катодом та анодом, експозиції, відстані об’єкта до рентгенівської трубки.

Мал. 7. Схема рентгенографічного дослідження.

1 - рентгенівська трубка; 2 - відсіювальна решітка; 3 - рентгенівська плівка у касеті.

Експозиція вимірюється шляхом множення величини сили струму в рентгенівській трубці (мА) на час витримки (с) і виражається в міліамперсекундах (мАс).

Основними методами рентгенологічного дослідження є рентгеноскопія та рентгенографія.

Рентгеноскопія (флюороскопія) - це найпростіший і найекономічніший метод променевого дослідження, що дає можливість проводити багатоосьове дослідження, дає уяву про розташування та об’ємну форму патологічного процесу, функціональний стан досліджуваних органів. Під час рентгеноскопії лікар-рентгенолог досліджує хворого за флюоресціюючим екраном з можливістю контрастування, пальпації та іншими необхідними діагностичними втручаннями у реальному часі. Недоліками рентгеноскопії є неможливість виявлення дрібних деталей та порівняно висока доза опромінення хворого і лікаря.

Рентгенографія дозволяє протягом довгого часу вивчати дрібні деталі, слідкувати на повторних рентгенограмах за розвитком патологічного процесу. Перевагами, у порівнянні з рентгеноскопією, є також незначна доза опромінення хворого та наявність рентгенограми, що служить об’єктивним документом тривалого зберігання, з яким можуть ознайомитись інші лікарі.

В кінці минулого сторіччя з’явилась технологія цифрової (дигитальної) рентгенографії, яка дозволяє отримувати рентгенограми у пристосованій до комп’ютерної обробки та зберігання формі. Для цього у рентгендіагностичному апараті використовується екран із запам’ятовуючим люмінофором, світіння якого після опромінення фотомножинними пристроями перетворюється в електронну форму. Роздільна здатність цифрової рентгенографії поки що дещо менша за звичайну.

З діагностичною метою, якщо необхідно отримати зображення дрібних деталей органа (кісткову структуру, легеневий малюнок та ін.), інколи вдаються до прямого збільшення рентгенологічного зображення. Для цього застосовують рентгенівські трубки з мікрофокусом, а об’єкт розташовують на деякій відстані від касети з рентгенплівкою. У зв’язку з тим, що рентгенівське випромінювання від анода розходиться конусоподібно, зображення збільшується при віддалені касети від об’єкта.

Навпаки, для запобігання проекційного збільшення застосовують телерентгенографію, при якій досліджуваний об’єкт розміщується на відстані 150 см і більше від фокуса рентгенівської трубки і впритул зближується з касетою. Тоді масштаб рентгенограми приблизно співпадає з реальними розмірами.

Прицільною називається рентгенографія центральним пучком випромінювання, або по дотичній з виведенням об’єкта дослідження в центр чи на крайовий контур, уникаючи сумації в зображенні різних структур об’єкта.

Мал. 8. Лінійна томографія.

А - схема лінійного томографічного дослідження: 1 - рентгенівська трубка; 2 - ось; 3 - центр повороту системи трубка-касета; 4 - касета з рентгенівською плівкою; Б - принцип томографії: 1 - рентгенівська трубка; 2 - об’єкт на рівні дослідження; 3 - касета з рентгенівською плівкою.

Флюорографія використовується для профілактичних досліджень великих груп населення. Суть методу полягає в тому, що рентгенівське проміння після проходження через об’єкт дослідження падає на флюоресціюючий екран, з якого роблять великокадрові фотознімки (70x70, 100x100, або 110x110 мм). Флюорографія застосовується переважно для дослідження органів грудної клітки та опорно-рухового апарату. На Україні флюорографія є основним методом раннього виявлення раку та туберкульозу легенів. Особам декретованої групи (робітникам медичних установ, закладів освіти, громадського Харчування, студентам та ін.) флюорографію проводять не рідше 1 разу на рік. Профілактичні флюорографічні обстеження дітей до 15 років не проводяться.

Якщо знімки з просвічуючого екрана роблять спеціальною кінокамерою, такий метод рентгенологічного дослідження називають рентгено-кінематографією. Він є цінним для наукових і педагогічних цілей.

При електрорентгенографії (ксерорентгенографії) приймачем рентгенівського випромінювання є заряджена статичним зарядом напівпровідникова (селенова) електрорентгенографічна пластина. Падіння рентгенівських квантів на пластину зменшує її заряд у цьому місці внаслідок іонізації. Проявлення отриманого таким чином прихованого зображення виконують шляхом обпилення пластини графітовим порошком з протилежним зарядом і наступним перенесенням порошку на папір. Отримані електрорентгенограми є контрастними, що є позитивним при дослідженні кісткової структури, легеневого малюнка, проте часто не помітні низькоінтенсивні тіні з нечіткими контурами, зустрічаються артефакти та викривлення рентгенографічного зображення. Тому зараз електрорентгенографія застосовується рідко.

За допомогою лінійної (або звичайної) томографії виконують знімки потрібного шару об’єкта на певній глибині, що дозволяє краще дослідити його форму, структуру, зв’язок з навколишніми структурами. Під час знімання томограми жорстко з’єднані на одній осі рентгенівська трубка та касета переміщуються на певний кут (зазвичай 50°) навколо центру, розташованого на рівні об’єкта дослідження (мал. 8). При цьому структура центрального об’єкта стає чіткою і доступною для дослідження, а вище та нижче розміщені шари ніби «розмазуються» і створюють стертий нечіткий фон. Тонші томографічні зрізи отримують з більшим кутом томографії.

Контрастні Методи Х-променевого дослідження застосовуються для диференціації органів і тканин, які за своєю щільністю не відрізняються від оточуючих структур.

Для негативного контрастування застосовують речовини з низькою атомною вагою (гази): повітря, кисень, вуглекислий газ, закис азоту, ксенон. Негативні рентгенконтрастні речовини дають підвищену прозорість, на фоні якої простежуються органи і тканини. Для дослідження внутрішньої поверхні порожнин шлунка та кишечнику часто застосовують методику подвійного контрастування повітрям у сполученні з позитивними рентгенконтрастними речовинами.

Для позитивного контрастування використовують речовини з високою атомною вагою: сульфат барію та сполуки йоду. Позитивні рентгенконтрастні речовини вводять у порожнини органів шлунково- кишкового тракту, сечовивідної системи (урографія), бронхів (бронхографія), порожнини матки та маткових труб (метросальпінгографія), порожнини серця та судин (ангіокардіографія), ходи нориць (фістулографія) та ін. В окремих випадках використовується здатність деяких органів (печінки, жовчного міхура і нирок) концентрувати й виділяти препарати йоду, введені перорально або внутрішньовенно. До іонних сполук йоду належать двойодовані й трийодовані Органічні сполуки, що містять відповідно по 2 та 3 атоми йоду в бензольному кільці.

В Україні для кардіоангіологічних та урологічних досліджень випускаються іонні йодовмісні рентгенконтрастні речовини - тріомбраст та йодамід. Відомими лікарськими формами іонних сполук йоду є також кардіографін, урографін, гіпак. З 70-х років минулого сторіччя з’явились неіонні, йодовмісні, органічні з’єднання (мономери - омніпак, ультравіст, димери - йодиксанол, йотролан), осмолярність яких наближується до осмолярності крові, що обумовлює їх низьку токсичність та алергічність.

Мал. 9. Сучасний комп’ютерний томограф фірми GE Medical Systems.

Емульсії йодистих сполук у рослинній олії (йодоліпол, ліпоідол) використовуються при бронхографії, фістулографії.

Для дослідження шлунково- кишкового тракту найчастіше застосовується сірчанокислий барій (ВаSО₄) у вигляді водної суспензії в концентрації від 1:1 до 1:5. Сульфат барію є інертним і не токсичним препаратом, не розчиняється у воді, шлунковому та кишковому соках. Існують спеціальні лікарські форми сульфату барію («Бар-Віпс»), в які для поліпшення адгезивних, органолептичних, в’яжучих властивостей додаються спеціальні речовини (танін, сорбіт, желатина тощо).